Question

6．某化学课外活动小组通过实验研究NO₂的性质．
已知：2NO₂+2NaOH═NaNO₃+NaNO₂+H₂O
任务1：利用如图1所示装置探究NO₂能否被NH₃还原（K₁、K₂为止水夹，夹持固定装置略去）．
（1）E装置中制取NO₂反应的离子方程式是Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，
（2）A装置中化学反应方程式为2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O，X物质为碱石灰．
（3）若NO₂能够被NH₃还原，预期观察到C装置中的现象是C装置中混合气体颜色变浅．
（4）实验过程中，未能观察到C装置中的预期现象．该小组同学从反应原理的角度分析了原因，认为可能是：
①NH₃还原性较弱，不能将NO₂还原；②在此条件下，NO₂的转化率极低；③在此条件下，该反应的化学反应速率极慢．
（5）此实验装置存在一个明显的缺陷是缺少尾气吸收装置．
任务2：探究NO₂能否与Na₂O₂发生氧化还原反应．
（6）实验前，该小组同学提出三种假设．
假设1：二者不反应；
假设2：NO₂能被Na₂O₂氧化；
假设3：NO₂能被Na₂O₂还原．
（7）为了验证假设2，该小组同学选用任务1中的B、D、E装置，将B中的药品更换为Na₂O₂，另选F装置（如图2所示），重新组装，进行实验．
①装置的合理连接顺序是（某些装置可以重复使用）EDBDF或EDBF．
②实验过程中，B装置中淡黄色粉末逐渐变成白色．经检验，该白色物质为纯净物，且其他物质生成．推测B装置中反应的化学方程式为2NO₂+Na₂O₂═2NaNO₃．

Answer 1

分析 （1）浓硝酸和铜反应生成硝酸铜、二氧化氮和水；
（2）A装置是利用大试管加热反应制备氨气，化学反应是固体氯化铵和氢氧化钙混合加热反应得到氨气，氨气是碱性气体，应用碱石灰干燥；
（3）若NO₂能够被NH₃还原，则混合气体的颜色将变浅；
（4）实验过程中，未能观察到C装置中的预期现象，说明二氧化氮反应的量很少，可能是反应速率降低，或者二氧化氮的转化率较低；
（5）有毒气体不能直接排放到空气中，需要增加吸收装置防止污染空气；
（6）假设1：二者不反应；假设2：NO₂能被Na₂O₂氧化；假设3可能是NO₂能被Na₂O₂还原；
（7）①验证假设2，首先要制取二氧化氮，因为水能和过氧化钠反应，所以要除去水的干扰，使二氧化氮气体通过过氧化钠，最后要进行尾气处理；
②过氧化钠变成白色固体且为纯净物，根据氧化还原反应中元素化合价的变化确定生成物，过氧化钠作氧化剂，则二氧化氮中氮元素失电子化合价升高而作还原剂，所以氮元素只能转化为+5价，且生成物是纯净物，所以是硝酸钠．

解答 解：（1）浓硝酸和铜反应生成硝酸铜、二氧化氮和水，反应方程式为：Cu+4HNO₃ （浓）═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，离子方程式为：Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
故答案为：Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
（2）A装置是利用大试管加热反应制备氨气，化学反应是固体氯化铵和氢氧化钙混合加热反应得到氨气，反应的化学方程式为：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O，氨气是碱性气体，应用碱石灰干燥，所以X中试剂为碱石灰；
故答案为：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O，碱石灰；
（3）二氧化氮是红棕色气体，如果能被氨气还原，二氧化氮浓度减小生成无色气体氮气，则C装置中混合气体颜色变浅；
故答案为：C装置中混合气体颜色变浅；
（4）造成未能观察到C装置中的预期现象可能原因是：在此条件下，该反应的化学反应速率极慢或NO₂的转化率极低导致反应现象变化不明显；
故答案为：在此条件下，该反应的化学反应速率极慢；
（5）二氧化氮是有毒气体，氨气是有刺激性气味的气体，所以都不能直接排空，要进行尾气处理才能排空，
故答案为：缺少尾气吸收装置；
（6）探究NO₂能否与Na₂O₂发生氧化还原反应，依据假设1和假设2分析，利用的原理是氧化还原反应，所以假设3应是NO₂可能被Na₂O₂还原；
故答案为：NO₂能被Na₂O₂还原；
（7）①验证假设2，首先要用E装置制取二氧化氮，因为制取的二氧化氮气体中含有水蒸气，水能和过氧化钠反应而造成干扰，所以要用D装置除去水蒸气，然后较纯净的二氧化氮通过B装置，未反应的二氧化氮有毒不能直接排空，所以最后要进行尾气处理，选用F装置处理尾气，所以装置的合理连接顺序是EDBDF或EDBF，
故答案为：EDBDF或EDBF；
②B装置中淡黄色粉末逐渐变成白色．经检验，该白色物质为纯净物，且无其他物质生成，过氧化钠作氧化剂，则二氧化氮中氮元素失电子化合价升高而作还原剂，所以氮元素只能转化为+5价，且生成物是纯净物，所以是硝酸钠，反应方程式为2NO₂+Na₂O₂═2NaNO₃；
故答案为2NO₂+Na₂O₂═2NaNO₃．

点评 本题考查了探究二氧化氮性质的实验，根据元素的化合价来预测物质具有的性质，然后根据实验现象判断物质具有的性质，难度较大．